Страница 33 из 48
Однако число элиситеров, обладающих специфическими свойствами, пока еще крайне ограниченно. Возможно, это зависит от того, что обнаружению специфических элиситеров мешают неспецифические, которые наряду со специфическими присутствуют у паразитов. Возможно, искать специфические элиситеры у фитопатогенов в искусственной культуре, как это делают исследователи, бесполезно, поскольку при этих условиях не могут проявиться их паразитические свойства.
Итак, наличие специфических элиситеров пока еще находится под сомнением, тогда как большинство известных к настоящему времени элиситеров обладает неспецифическими свойствами. Это означает, что они присутствуют у всех рас фитопатогенов, независимо от наличия у них генов вирулентности, и с их помощью можно индуцировать защитные реакции у всех сортов растений, независимо от присутствия у них генов устойчивости.
Маловероятно, чтобы растения обладали отдельными распознающими системами на каждый вид и расу фитопатогенов, с которыми им приходится сталкиваться в природе. Скорее всего, в роли неспецифических элиситеров могут служить структурные полисахариды клеточных стенок микроорганизмов.
Как же проникают в растения те фитопатогены, которые обладают незамаскированными неспецифическими элиситерами? Здесь мы расскажем о четвертой возможности, которая состоит в наличии у паразитов антиметаболитов, перекрывающих действие элиситеров. Речь идет о присутствии у некоторых паразитов антиэлиситеров, или супрессоров, которые в противовес элиситерам не индуцируют, а, наоборот, подавляют защитные реакции растений.
Супрессоры характерны не только для иммунных систем растений, но и животных. В начале 70-х годов была открыта особая группа лимфоцитов — супрессоров, оказывающая подавляющее действие на иммунные лимфоциты.
По-видимому, для каждой системы живого организма необходима специфическая антисистема, которая регулирует эту систему по принципу обратной связи.
В растительном мире супрессоры-антииндукторы были открыты через несколько лет после обнаружения индукторов-элиситеров. Предпосылкой к созданию таких представлений послужил давно установленный факт, что растение, зараженное совместимой расой того или иного патогена, становится восприимчивым не только к авирулентной расе того же патогена, но и к непатогенам, т. е. микроорганизмам, которые ранее не были способны поражать данный вид растения. Так, предварительное заражение ячменя вирулентной расой мучнистой росы сделало его восприимчивым не только к авирулентной расе того же паразита, но даже к возбудителю мучнистой росы дыни. Заражение картофеля совместимой расой возбудителя фитофтороза делало его восприимчивым к целому ряду микроорганизмов, обычно не поражающих неповрежденный картофель, даже к сапрофитам. Недаром существует выражение «вторичные инфекции», т. е. инфекции, возникающие на уже инфицированном растении.
Возможно, одной из причин вторичных инфекций являются супрессоры, подавляющие защитные реакции растения. По-видимому, супрессоры фитопатогенных микроорганизмов можно разделить на две группы: одни убивают или повреждают растительные клетки, тогда как другие только блокируют, задерживают защитные реакции. Если исходить из такой классификации, то к первой группе супрессоров следует отнести токсины паразитов. Естественно, что растительная клетка, убитая токсинами паразита, лишается способности распознавать патоген, а тем более отвечать защитными реакциями.
Ко второй группе супрессоров относятся импедины (от английского to impede — препятствовать, задерживать), название которых заимствовано из медицины, где он означает нетоксический бактериальный фактор, подавляющий защитный механизм хозяина. По-видимому, подобное разделение супрессоров на токсины и импедипы отражает разделение патогенов на некротрофы и биотрофы. Некротрофы продуцируют токсины, убивающие клетку на некотором расстоянии от самого паразита, биотрофы — супрессоры типа импединов, которые выделяются патогеном при непосредственном взаимодействии с растительной клеткой. О токсинах фитопатогенов мы уже говорили. А вот историю изучения импединов у растений интересно рассмотреть на примере открытия специфического супрессора у возбудителя фитофтороза картофеля.
В течение двух последних десятилетий исследователи, в том числе и авторы этой книги, упорно искали причину того, почему одна раса паразита поражает данный сорт картофеля, тогда как к другой авирулентной расе этот же сорт оказывается устойчивым (рис. 12). Обе расы морфологически не отличаются друг от друга, обе содержат в своем составе неспецифические индукторы защитных реакций, обе в равной мере чувствительны к токсическому действию фитоалексинов. Так в чем же, собственно, дело?
Рис. 12. Поражение фитофторозом сорта картофеля с генами фитофтороустойчивости R1 и R4
И тогда ученые вспомнили старые опыты, согласно которым заражение картофеля вирулентной расой возбудителя фитофтороза лишало его способности отвечать реакцией СВЧ на последующее заражение авирулентной расой. Значит, в составе вирулентной расы есть какой-то фактор, который мешает отвечать картофелю защитными реакциями. Этот гипотетический фактор вначале так и назвали фактором совместимости. Присутствие этого фактора явно чувствовалось, когда из возбудителя фитофтороза картофеля начинали выделять индуктор защитных реакций липогликопротеидный комплекс. Неочищенный индуктор, выделенный из вирулентной расы паразита, оказался значительно менее активным, чем такой же, но выделенный из авирулентной расы. Явно чувствовалось, что в неочищенном индукторе присутствует некое вещество, которое мешает индуктору проявлять свою активность. Но мешает только в совместимой комбинации гриба и растения и не мешает, если комбинация является несовместимой. И такой супрессор был наконец выделен параллельно и независимо нами и объединенной группой американских и японских исследователей.
Ими оказались низкомолекулярные глюканы со связями β-1,3 в основной цепи и связями β-1,6 в местах разветвлений. Молекулярная масса глюканов составляла около 3000–4000 Дальтон.
Было испытано большое число комбинаций сортов хозяина и паразита, и всюду, где глюканы были выделены из совместимой к данному сорту расы гриба, они проявляли свойства супрессора, а если они были выделены из несовместимой расы, то таким действием не обладали. Иными словами, глюканы оказались специфическими, их действие в точности отражало взаимоотношения сорта и расы паразита.
Такие глюканы обнаружены внутри гиф паразита и в составе его выделений. Дело в том, что грибы рода Phytophthora имеют своеобразное строение клеточных стенок, которые на 75 % состоят из высокомолекулярных β-1,3—β-1,6-глюканов. Низкомолекулярные глюканы-супрессоры, по-видимому, служат строительным материалом для образования клеточных стенок, которые вместе с соответствующими ферментами в виде пузырьков везикул подходят к кончику гифы паразита, где и происходит построение клеточной стенки. Стейка гифы строится на ее растущем конце. Здесь глюканы изливаются из везикул и могут выделяться наружу и попадать в инфицированное растение, где и выполняют роль супрессоров.
Предполагается, что при взаимодействии паразита с цитоплазматической мембраной растения высокомолекулярные глюканы клеточных стенок (элиситеры) распознаются рецепторными белками на цитоплазматической мембране, индуцируя тем самым реакцию СВЧ. При совместимой комбинации хозяина и паразита взаимодействию элиситеров с рецепторами препятствуют низкомолекулярные глюканы — супрессоры, которые выделяются на конце растущей гифы.
На основании этих работ была предложена схема взаимодействия метаболитов хозяина и паразита, объясняющая на молекулярном уровне гипотезу ген — на — ген. Иными словами, кто кого преодолеет: элиситер супрессора или супрессор элиситера. Если рецепторный участок у растения захватит индуктор, включится устойчивость, если же, наоборот, супрессор — восприимчивость. Вспомните, в первой части книги мы предлагали гипотетическую схему возникновения генов устойчивости растения и вирулентности паразита в самых общих чертах и обещали интерпретировать ее на молекулярном уровне (рис. 13).